RU2793712C2 - Rotating contact device - Google Patents

Rotating contact device Download PDF

Info

Publication number
RU2793712C2
RU2793712C2 RU2021113321A RU2021113321A RU2793712C2 RU 2793712 C2 RU2793712 C2 RU 2793712C2 RU 2021113321 A RU2021113321 A RU 2021113321A RU 2021113321 A RU2021113321 A RU 2021113321A RU 2793712 C2 RU2793712 C2 RU 2793712C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
contact
rotating
contacts
package
axis
Prior art date
Application number
RU2021113321A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021113321A (en
Inventor
Олег Анатольевич Кирьянов
Сергей Александрович Благов
Владимир Николаевич Равинский
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Publication of RU2021113321A publication Critical patent/RU2021113321A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2793712C2 publication Critical patent/RU2793712C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: rotating contact device consists of stationary and rotating contacts forming contact pairs, located in a horizontal plane relatively to a vertical axis of rotation of rotating contacts collected in a packet, while stationary contacts are flat two-element plugs of springy material, intended for provision of a contact with rotating rings, freely installed with a middle part on the axis of dielectric material, which is located in parallel to the axis of rotation of rotating rings.
EFFECT: reduction in noises, increase in the reliability and stability of contact resistance during rotation.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для передачи электрических сигналов, в том числе кодированных информационных сигналов из неподвижной части объекта в его вращающуюся часть.The invention relates to the field of instrumentation and can be used to transmit electrical signals, including coded information signals from a stationary part of an object to its rotating part.

Известны вращающиеся контактные устройства (ВКУ), содержащие вращающееся кольцо контактирующее с неподвижной упругой проводящей гребенкой в виде отогнутых лепестков [1].Known rotating contact devices (VKU), containing a rotating ring in contact with a fixed elastic conductive comb in the form of bent petals [1].

Недостаток известного устройства: имеет надежный многоточечный электрический контакт, но не обеспечивает полосу пропускания, необходимую для трансляции высокоскоростных интерфейсов, т.к. обладает большой переходной электрической емкостью между соседними контактными парами.The disadvantage of the known device: it has a reliable multi-point electrical contact, but does not provide the bandwidth necessary for broadcasting high-speed interfaces, because has a large transient electrical capacitance between adjacent contact pairs.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вращающемуся контактному устройству, взятому за прототип, является щеточный узел коллектора, состоящий из пакета плоских щеткодержателей, разделенных изолирующими прокладками и упругих щеток, выполненных в виде отрезков круглой проволоки, одни из концов которых жестко закреплены на соответствующих щеткодержателях, а средние части контактируют с соответствующими контактными кольцами коллектора [2].The closest in technical essence to the proposed rotating contact device, taken as a prototype, is a brush collector assembly, consisting of a package of flat brush holders separated by insulating spacers and elastic brushes made in the form of pieces of round wire, one of the ends of which is rigidly fixed to the corresponding brush holders, and the middle parts are in contact with the corresponding slip rings of the collector [2].

Недостатком вращающегося контактного устройства, взятого за прототип, является наличие шума в сигнале из-за изменяющегося прижимного усилия неподвижного контакта пакета щеткодержателей с соответствующим контактным кольцом коллектора, так как изменение прижимного усилия при вращении происходит из-за овальности (дефект обработки кольца коллектора) и несоосности (дефект сборки пакета).The disadvantage of the rotating contact device, taken as a prototype, is the presence of noise in the signal due to the changing clamping force of the fixed contact of the brush holder package with the corresponding slip ring of the collector, since the change in clamping force during rotation occurs due to ovality (defect in the processing of the collector ring) and misalignment (package build defect).

Технический результат изобретения заключается в уменьшении шумов, повышение надежности и стабильности контактного сопротивления при вращении, за счет:The technical result of the invention is to reduce noise, increase the reliability and stability of the contact resistance during rotation, due to:

- уменьшения переменной составляющей, обусловленной изменением контактного электрического сопротивления в диаметрально расположенных точках электрического контакта неподвижной двухэлементной вилки и вращающегося кольца, обусловленной овальной формой (погрешность изготовления) контактных колец коллектора и нарушением соосности вращающихся колец (за счет погрешности сборки коллектора);- a decrease in the variable component due to a change in the contact electrical resistance at diametrically located points of electrical contact of a fixed two-element plug and a rotating ring, due to the oval shape (manufacturing error) of the contact rings of the collector and misalignment of the rotating rings (due to the collector assembly error);

- уменьшения амплитуды шумов, обусловленных изменением падения напряжения на контактном электрическом сопротивлении, в диаметрально расположенных точках электрического контакта неподвижной двухэлементной вилки и вращающегося кольца коллектора;- reducing the amplitude of noise caused by a change in the voltage drop across the contact electrical resistance at diametrically located points of electrical contact of a fixed two-element plug and a rotating collector ring;

- плоские упругие контакты в виде двухэлементных вилок выполнены из пружинистого материала, например из бериллиевой бронзы, причем для улучшения пружинящих свойств ось симметрии элементов вилки совпадает с направлением проката пружинистого материала, т.к. в этом направлении пружинистый материал имеет максимальные пружинистые свойства;- flat elastic contacts in the form of two-element forks are made of a springy material, for example, beryllium bronze, and to improve the springy properties, the symmetry axis of the plug elements coincides with the direction of rolling of the springy material, because in this direction, the springy material has maximum springy properties;

- повышение динамической стабильности контактного электрического сопротивления при вращении достигается за счет исключения переменной составляющей, обусловленной овальной формой (погрешность изготовления) контактных колец коллектора, нарушения соосности вращающихся колец (за счет погрешности сборки коллектора), путем крепления каждого плоского неподвижного контакта в одной точке на оси параллельной оси вращения контактных колец коллектора, что позволяет плоскому неподвижному контакту свободно отслеживать овальность и несоосность кольца коллектора, тем самым уменьшить переменную составляющую контактного электрического сопротивления.- increasing the dynamic stability of the contact electrical resistance during rotation is achieved by eliminating the variable component due to the oval shape (manufacturing error) of the contact rings of the collector, misalignment of the rotating rings (due to the assembly error of the collector), by fixing each flat fixed contact at one point on the axis parallel to the axis of rotation of the contact rings of the collector, which allows a flat fixed contact to freely track the ovality and misalignment of the collector ring, thereby reducing the variable component of the contact electrical resistance.

Действительно, для случая крепления плоского упругого контакта жестко, т.е. не менее, чем в двух точках в плоскости вращения контактных колец коллектора и если предположить, что изменение контактного электрического сопротивления rm при вращении происходит по синусоидальному закону с частотой вращения со, можно записать общее выражение для электрического тока в цепи контактаIndeed, for the case of fixing a flat elastic contact rigidly, i.e. at least at two points in the plane of rotation of the contact rings of the collector and if we assume that the change in the contact electrical resistance rm during rotation occurs according to a sinusoidal law with a rotation frequency co, we can write a general expression for the electric current in the contact circuit

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где Re - электрическое сопротивление нагрузки;where R e is the electrical resistance of the load;

Е - э.д.с. источника постоянного тока;E - emf direct current source;

r0 - контактное электрическое сопротивление в состоянии покоя;r 0 - contact electrical resistance at rest;

rm - переменное электрическое сопротивление электрического контакта, вызванное вращением;r m - variable electrical resistance of the electrical contact caused by rotation;

ra - внутреннее электрическое сопротивление источника постоянного тока. Обозначив сопротивление Re + ra + r0 = R, получим:r a - internal electrical resistance of the DC source. Denoting the resistance R e + r a + r 0 \u003d R, we get:

Figure 00000002
Figure 00000002

Отношение

Figure 00000003
является индексом модуляции контактного электрического сопротивления. Введем его в формулу (2), получим:Attitude
Figure 00000003
is the modulation index of the contact electrical resistance. We introduce it into formula (2), we get:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

При малых величинах индекса модуляции в уравнении (3) членами, заключенными в скобки, начиная со второго и далее, можно пренебречь, тогдаFor small values of the modulation index in equation (3), the terms enclosed in brackets, starting from the second and further, can be neglected, then

Figure 00000006
Figure 00000006

илиor

Figure 00000007
Figure 00000007

Из уравнения (5) видно, что при вращении в цепи контакта возникает пульсирующий ток с постояннойFrom equation (5) it can be seen that during rotation in the contact circuit, a pulsating current with a constant

Figure 00000008
Figure 00000008

и переменной составляющейand variable component

Figure 00000009
Figure 00000009

илиor

Figure 00000010
Figure 00000010

Амплитуда переменной составляющей выражается какThe amplitude of the variable component is expressed as

Figure 00000011
Figure 00000011

Следовательно, напряжение на контакте при вращении, кроме постоянной составляющей имеет паразитную составляющую, пропорциональную индексу модуляции и ухудшающую соотношение сигнал/шум, что обусловит необходимость увеличения полосы пропускания информационного канала.Consequently, the voltage on the contact during rotation, in addition to the constant component, has a parasitic component proportional to the modulation index and deteriorating the signal-to-noise ratio, which will necessitate an increase in the bandwidth of the information channel.

Таким образом, исключение переменной составляющей за счет изменения конструкции пакета щеткодержателей позволяет повысить стабильность электрического сопротивления контакта и улучшить соотношение сигнал/шум канала передачи информационного сигнала.Thus, the exclusion of the variable component by changing the design of the brush holder package makes it possible to increase the stability of the electrical resistance of the contact and improve the signal-to-noise ratio of the information signal transmission channel.

Для уменьшения амплитуды шумов и увеличения соотношения сигнал/шум, обусловленных изменением контактного электрического сопротивления при вращении, в диаметрально расположенных точках электрического контакта неподвижной двухэлементной вилки и вращающегося кольца, установлены дополнительные двухэлементные неподвижные вилки таким образом, чтобы электрический контакт с одним вращающимся кольцом одновременно осуществлялся в точках, расположенных по внешней окружности кольца через промежутки кратные 360°/2k, при этом частота переменной составляющей шумов ω/60 (Гц) увеличивается, а индекс модуляции уменьшается в 2k раз, что способствует уменьшению амплитуды шумов во столько же раз, здесь k = 1, 2, 3 … количество дополнительных двухэлементных неподвижных контактных вилок.To reduce the amplitude of noise and increase the signal-to-noise ratio due to a change in the contact electrical resistance during rotation, additional two-element fixed plugs are installed at diametrically located points of electrical contact between the fixed two-element plug and the rotating ring so that electrical contact with one rotating ring is simultaneously carried out in points located along the outer circumference of the ring at intervals of multiples of 360°/2k, while the frequency of the variable noise component ω/60 (Hz) increases, and the modulation index decreases by 2k times, which contributes to a decrease in the noise amplitude by the same factor, here k = 1, 2, 3 … number of additional two-piece fixed plugs.

Конструкция вращающегося контактного устройства позволяет получить дополнительные полезные свойства для контактных пар, работающих в каналах передачи кодированной информации, для которых кроме стабильности контактного сопротивления необходима также стабильность полосы пропускания канала. Формирование желаемой полосы пропускания канала достигается изменением изоляционного промежутка между соседними контактными парами, участвующими в передаче кодированной информации, применением изоляционных прокладок необходимой толщины и относительной диэлектрической проницаемости.The design of a rotating contact device makes it possible to obtain additional useful properties for contact pairs operating in channels for the transmission of coded information, for which, in addition to the stability of the contact resistance, the stability of the channel bandwidth is also required. The formation of the desired channel bandwidth is achieved by changing the insulating gap between adjacent contact pairs involved in the transmission of encoded information, using insulating spacers of the required thickness and relative dielectric constant.

На фиг. 1 представлено вращающееся контактное устройство.In FIG. 1 shows a rotating contact device.

Устройство содержит коллектор (поз. 1) с соосно расположенными контактными кольцами (поз. 2) (вращающаяся часть) и пакет щеткодержателей (поз. 3) с упругими плоскими контактами, выполненными в виде двухэлементных вилок (поз. 4) (неподвижная часть). В средней части вилок имеется отверстие, в которое пропущена ось щеткодержателя (поз. 5), выполненная из изоляционного материала, а боковые части вилок охватывают контактные кольца коллектора.The device contains a collector (pos. 1) with coaxially arranged slip rings (pos. 2) (rotating part) and a package of brush holders (pos. 3) with elastic flat contacts made in the form of two-element forks (pos. 4) (fixed part). In the middle part of the plugs there is a hole through which the brush holder axle (pos. 5) is passed, made of insulating material, and the side parts of the plugs cover the contact rings of the commutator.

Устройство работает следующим образом. При вращении коллектора (поз. 1), соосно расположенные в нем контактные кольца (поз. 2) своей внешней поверхностью скользят по упругим плоским контактам, выполненным в виде двухэлементных вилок (поз. 4), собранным в пакет (поз. 3), тем самым осуществляя электрический контакт между неподвижной (поз. 4) и вращающейся частью (поз. 2), причем каждая двухэлементная вилка имеет одну точку опоры на оси (поз. 5) параллельной оси вращения коллектора и имеет возможность свободно перемещаться в горизонтальном секторе «несоосности» и «овальности» соответствующего контактного кольца коллектора.The device works as follows. When the collector (pos. 1) rotates, the contact rings (pos. 2) coaxially located in it slide with their outer surface along elastic flat contacts made in the form of two-element plugs (pos. 4) assembled in a package (pos. 3), thus thereby making electrical contact between the fixed (pos. 4) and rotating part (pos. 2), and each two-element fork has one point of support on the axis (pos. 5) parallel to the axis of rotation of the collector and has the ability to move freely in the horizontal sector of "misalignment" and "ovality" of the corresponding collector slip ring.

Технико-экономическая эффективность изобретения состоит в том, чтоThe technical and economic efficiency of the invention lies in the fact that

уменьшение переменной составляющей за счет изменения конструкции пакета щеткодержателей позволяет повысить стабильность электрического сопротивления контакта, улучшить соотношение сигнал/шум канала передачи информационного сигнала за счет установки дополнительных двухэлементных вилок, и, тем самым, увеличить скорость передачи цифровых данных в электрических цепях вращающегося контактного устройства.Reducing the variable component by changing the design of the brush holder package makes it possible to increase the stability of the electrical resistance of the contact, improve the signal-to-noise ratio of the information signal transmission channel by installing additional two-element plugs, and thereby increase the speed of digital data transmission in the electrical circuits of the rotating contact device.

Предлагаемая конструкция вращающегося контактного устройства позволяет получить дополнительные полезные свойства у контактных пар, работающих в каналах передачи кодированной информации, для которых кроме стабильности контактного сопротивления необходима также стабильность полосы пропускания канала. Формирование желаемой полосы пропускания канала достигается изменением изоляционного промежутка между соседними контактными парами, участвующими в передаче кодированной информации, применением изоляционных прокладок необходимой толщины и относительной диэлектрической проницаемости.The proposed design of a rotating contact device makes it possible to obtain additional useful properties for contact pairs operating in coded information transmission channels, for which, in addition to contact resistance stability, channel bandwidth stability is also required. The formation of the desired channel bandwidth is achieved by changing the insulating gap between adjacent contact pairs involved in the transmission of encoded information, using insulating spacers of the required thickness and relative dielectric constant.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1 патент РФ №2267841, МПК H01R 39/00, опубл. 10.01.2006 г.1 RF patent No. 2267841, IPC H01R 39/00, publ. 01/10/2006

2 патент РФ №2111586, МПК H01R 39/00 опубл. 20.05.1998 г.2 RF patent No. 2111586, IPC H01R 39/00 publ. May 20, 1998

Claims (3)

1. Вращающееся контактное устройство, состоящее из неподвижных и вращающихся контактов, образующих контактные пары, расположенных в горизонтальной плоскости по отношению к вертикальной оси вращения вращающихся контактов, собранных в пакет и отличающихся тем, что неподвижные контакты представляют собой плоские двухэлементные вилки, имеющие электрический контакт в двух диаметрально противолежащих точках боковой поверхности вращающихся контактных колец, причем каждый неподвижный контакт, при формировании пакета контактных пар, свободно устанавливается своей средней частью на оси из диэлектрического материала, которая расположена параллельно оси вращения вращающихся колец.1. A rotating contact device consisting of fixed and rotating contacts forming contact pairs located in a horizontal plane with respect to the vertical axis of rotation of the rotating contacts assembled in a package and characterized in that the fixed contacts are flat two-element plugs having electrical contact in two diametrically opposite points of the lateral surface of the rotating contact rings, and each fixed contact, when forming a package of contact pairs, is freely installed by its middle part on the axis of the dielectric material, which is located parallel to the axis of rotation of the rotating rings. 2. Вращающееся контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в пакете контактных пар установлены дополнительные неподвижные контакты, разделенные друг от друга изоляционными прокладками, таким образом, чтобы электрический контакт с одним и тем же вращающимся контактом одновременно осуществлялся в диаметрально противолежащих точках, расположенных на боковой поверхности контактного кольца через промежутки кратные 360°/2k, где k=1, 2, 3 … количество неподвижных контактов.2. A rotating contact device according to claim 1, characterized in that additional fixed contacts are installed in the package of contact pairs, separated from each other by insulating spacers, so that electrical contact with the same rotating contact is simultaneously carried out at diametrically opposite points, located on the side surface of the contact ring at intervals of multiples of 360°/2k, where k=1, 2, 3 ... the number of fixed contacts. 3. Вращающееся контактное устройство по п. 1, отличающееся тем, что электрическая емкость между соседними контактными парами в пакете формируется изменением расстояния между этими контактными парами с помощью изоляционных прокладок определенной толщины и относительной диэлектрической проницаемости.3. A rotating contact device according to claim 1, characterized in that the electrical capacitance between adjacent contact pairs in the package is formed by changing the distance between these contact pairs using insulating spacers of a certain thickness and relative dielectric constant.
RU2021113321A 2021-05-11 Rotating contact device RU2793712C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021113321A RU2021113321A (en) 2022-11-11
RU2793712C2 true RU2793712C2 (en) 2023-04-04

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3671791A (en) * 1970-03-20 1972-06-20 Siemens Ag Wiper and slip ring assembly
US5124608A (en) * 1991-01-25 1992-06-23 Quality Aero Technology, Inc. Low-noise slip ring assembly
RU2111588C1 (en) * 1993-08-10 1998-05-20 Виктор Иванович Тригуб LASER plant
RU2111587C1 (en) * 1984-07-06 1998-05-20 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Rotary contact device
JP2000068027A (en) * 1998-08-25 2000-03-03 Harness Syst Tech Res Ltd Blanking method for female terminal
CN101847812A (en) * 2010-06-24 2010-09-29 福建捷联电子有限公司 Rotary contact type electronic connector

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3671791A (en) * 1970-03-20 1972-06-20 Siemens Ag Wiper and slip ring assembly
RU2111587C1 (en) * 1984-07-06 1998-05-20 Открытое акционерное общество "ЛОМО" Rotary contact device
US5124608A (en) * 1991-01-25 1992-06-23 Quality Aero Technology, Inc. Low-noise slip ring assembly
RU2111588C1 (en) * 1993-08-10 1998-05-20 Виктор Иванович Тригуб LASER plant
JP2000068027A (en) * 1998-08-25 2000-03-03 Harness Syst Tech Res Ltd Blanking method for female terminal
CN101847812A (en) * 2010-06-24 2010-09-29 福建捷联电子有限公司 Rotary contact type electronic connector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5851120A (en) Rotary conduit/ball connector
US3259727A (en) Low-resistance connector
US20110081789A1 (en) Multi Contact Brush For Slip Rings
JPS61142702A (en) Tubular varistor element
US4019076A (en) Electrical commutators and slip-rings
RU2793712C2 (en) Rotating contact device
US9806482B2 (en) Slip ring and slip ring unit having a slip ring
US9093808B2 (en) Vibration-resistant slip ring device
RU206713U1 (en) Rotary collector
SE442567B (en) ELECTRICAL CONNECTION DEVICE BETWEEN TWO CONDUCTORS A
US2764657A (en) Sine-cosine generator
RU2275721C2 (en) Revolving contact device
CN114034241A (en) Precise coaxial quadruple angular displacement sensor
SU1578787A1 (en) Current collector device
RU2212738C2 (en) Revolving contact device
RU2293411C2 (en) Disk-type multichannel current collector
RU2006113C1 (en) Current collector
RU63125U1 (en) PRECISION DEVICE
US11165210B2 (en) Slip ring and slip ring unit having a slip ring
CN111682383B (en) Conductive slip ring
SU796962A1 (en) Current-collecting device
US20220363533A1 (en) Microelectromechanical system
SU1076991A1 (en) Current collecting device
SU741356A1 (en) Current collecting device
SU1246204A1 (en) Multichannel current collecting device